專利名稱：：一種生物-無機納米雜化材料的制備方法
技術領域：
：本發明屬于固定化酶
技術領域：
，特別是提供了一種生物-無機納米雜化材料的制備方法。
背景技術：
：生物酶等生物活性物質由于在一定的環境中結構不穩定和價格昂貴而使應用受到限制，無機納米材料結構豐富新穎、熱穩定性優良、表面活性可調節、價格低廉，生物-無機納米材料的有效復合，不僅對于維持生物大分子的結構至關重要，并廣泛參與各種生命過程，是對傳統固定化酶技術的發展，具有良好的工業應用前景。由于生物無機材料對于基因工程、制藥業、食品業發展的重要意義，如何有效制備生物無機材料是需要解決的首要問題。目前對于生物無機材料科學研究從以人工合成為主轉向生物無機材料的"軟合成"、"自組裝"。自組裝過程就是指一種人不主動介入的過程，系統中的分子、原子、分子團或組件自動排成有序起作用的實體。分子自組裝是在平衡條件下，分子間通過非共價相互作用自發組合形成的一類結構明確、穩定、具有某種特定功能或性能的分子聚集體或超分子結構。自組裝最大的特點就是可以消除人的介入可能產生的失誤和損耗。自組裝作為一種"軟合成"的方法引入以酶制備生物無機雜化材料的研究中，無機物種與生物分子之間的相互作用誘導組裝，有利于實現生物-無機納米材料的有效復合。現如今生物無機納米雜化材料的研究熱點主要集中于探索新型高效的無機載體。很多具有納米結構的無機物種被用于制備生物無機納米雜化材料的研究中。例如分子篩、炭納米管、無機層狀材料等。其中無機層狀材料由于其功能性結構和獨特的理化性能，使其在生物雜化材料的研究中受到越來越多的重視。但是無機層狀材料的層間表面難于被生物大分子接觸，使得大部分層間表面被浪費，因此將無機層狀材料剝離，可使其具有納米尺度的開放結構，能消除空間效應、擴散阻力的影響，使水滑石與生物分子在更小的尺度下相互作用。
發明內容本發明的目的在于提供一種生物-無機納米雜化材料的制備方法，利用剝離無機層狀材料開放的納米結構與酶自組裝，在界面效應和納米效應共同的作用下，將賦予組裝產物許多明顯不同于單一原材料的獨特性能，得到生物-無機雜化材料。為生物無機納米雜化材料分子水平設計與控制的開發應用、工業化生產提供可能。發明選擇剝離水滑石為無機載體，與豬胰脂肪酶自組裝的方法制備生物無機雜化材料，研究水滑石的界面效應和納米效應對酶分子活性的影響。生物-無機納米雜化材料的制備方法如下a、制備剝離水滑石。以水為溶劑，所用鹽為硝酸鎂和硝酸鋁，以共沉淀堿滴鹽法制備乳酸插層Mg/Al=2/1的水滑石漿液，在水中分散后，加熱80-12(TC至完全透明狀態，即得剝離水滑石膠體溶液；步驟a中所有過程都必須在氮氣氣氛下進行，所用水全部為去二氧化碳去離子水；步驟a中所得剝離水滑石膠體溶液中水滑石的濃度一定為4g/L。以共沉淀(堿滴鹽)法制備乳酸插層Mg/Al=2/1的水滑石，通過對堿滴加方式的改進可以乳酸代替常規用的乳酸鹽。b、剝離水滑石與酶組裝制備生物-無機雜化材料稱取0.05-0.24g酶，加入40ml的緩沖溶液，再加入10ml剝離水滑石膠體溶液，控制酶和水滑石的質量比為1/8到6/1，置于25-3(TC的搖床中，保持搖床震蕩速率100-150轉/分鐘震蕩10-30分鐘，即得到生物-無機納米雜化材料。步驟b中緩沖溶液的pH值范圍是7~8。步驟b中所有過程可在空氣或氮氣氣氛下進行。控制酶和水滑石的質量比分別為為1/8，1/4，1/2，1/1，2/1，4/1，5/1，6/1，首次考慮了組裝配比對組裝產物的活性的影響。隨著組裝配比的增加，組裝生成的生物無機納米雜化材料的活性呈火山形曲線變化規律。c、測定組裝得到的生物-無機雜化材料的活性，酶活表達率為139%到44線。本發明的有點在于，酶與剝離水滑石層板的組裝速率快(幾微秒到幾毫秒)，酶在剝離水滑石層板上的組裝量大。并且酶與剝離水滑石層板組裝得到的生物-無機雜化材料酶活表達率都大于100%,在酶與水滑石組裝配比為1/2時，組裝得到的生物-無機雜化材料酶活表達率最高，達444%。具體實施例方式實施例1:制備剝離水滑石稱取3.7513g的硝酸鋁(Al(NO3)^9H20)和5.1280g的硝酸鎂(Mg(NO3)2'6H20)，加入60ml水，配制成Mg/Al為2/1的鹽溶液。稱取化學計量過量的乳酸5.30gC0.05mo1)，用1.25mol/L的NaOH溶液滴加到劇烈攪拌的乳酸中，至體系pH值為10，加入Mg/Al混合鹽溶液，繼續滴加NaOH溶液至pH值為10。加熱至回流晶化10小時，得到的白色漿液，離心分離，洗滌至中性后，在600ml水中分散，加熱回流至幾乎透明狀態，靜置穩定存在，表明水滑石剝離。所有過程盡量在氮氣保護下進行，所用水全部為去二氧化碳去離子水。實施例2:制備不同組裝配比的生物-無機雜化材料分別稱取0.0050g，0.0100g:0.0200g，0.0400g，0.0800g，0.1600g，0.2000g，0.2400g的酶，加入40mlHCl-tris緩沖溶液，再加入10ml剝離水滑石膠體溶液后(控制酶和水滑石的質量比分別為為1/8，1/4，1/2，1/1，2/1，4/1,5/1，6/1)，置于30°C的搖床中，保持搖床震蕩速率150轉/分鐘震蕩30分鐘，過濾得到清液，密封后低溫儲存，將沉淀在室溫下靜置至干燥，即得到生物-無機納米雜化材料。以考馬斯亮藍法測定清液中的所殘余的酶量，將溶液中初始酶量減去清液中殘余的酶量，計為組裝產物中酶的組裝量。結果見表l。實施例3:組裝產物活性測定采用測定載體的耗堿量30'C水浴，加入10mlLDH膠體溶液，加入45mlHCl-tris緩沖溶液，反應30分鐘后，加入30ml無水乙醇，利用pH計指示，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，記錄消耗NaOH溶液的體積；測定底物的耗堿量3(TC水浴，加入10mlLDH膠體溶液，再加入2.0000g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris緩沖溶液，反應30分鐘后，加入30ml無水乙醇，利用pH計指示，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，記錄消耗NaOH溶液的體積；測定酶的耗堿量30"C水浴，加入10ml去離子水，再加入2g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris緩沖溶液，加入0.0100g酶，反應30分鐘后，加入30ml無水乙醇，利用pH計測量體系的pH值，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，記錄消耗NaOH溶液的體積；測定組裝產物的耗堿量30'C水浴，加入10ml去離子水，再加入2g三乙酸甘油酯，加入45mlHCl-tris緩沖溶液，加入組裝產物(酶量相同)，反應30分鐘后，加入30ml無水乙醇，利用pH計測量體系的pH值，以0.05MNaOH溶液滴定至pH-8，記錄消耗NaOH溶液的體積。計算酶活-VNaOHxN他oHxl0V(Axt)，其中VNa0H為消耗NaOH溶液的體積(L)，N他oH為NaOH溶液的當量濃度(0.05mol/L)，A為酶的量(g)，t為測定時間(30min)。酶活的單位IU/(gmin)。酶活表達率-(實際酶活/理論酶活)xl00%結果見表l。表1剝離水滑石與酶組裝生物無機納米雜化材料的性能*自由酶的比活力為106IU/g酶<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求1、一種生物-無機納米雜化材料的制備方法，其特征在于，工藝為a、制備剝離水滑石以水為溶劑，以共沉淀堿滴鹽法制備乳酸插層Mg/Al＝2/1的水滑石漿液，在水中分散后，加熱80～120℃至完全透明狀態，得到剝離水滑石膠體溶液，所述的鹽為硝酸鎂和硝酸鋁；b、剝離水滑石與酶組裝制備生物-無機雜化材料稱取稱取0.05-0.24g酶，加入40ml的緩沖溶液，再加入10ml剝離水滑石膠體溶液，控制酶和水滑石的質量比為1/8～6/1，置于25～30℃的搖床中，保持搖床震蕩速率100～150轉/分鐘震蕩10～30分鐘，得到生物-無機納米雜化材料；c、測定組裝得到的生物-無機雜化材料的活性，酶活表達率為139％到444％。2、按照權利要求1所述的方法，其特征在于所有過程在氮氣保護下進行。3、按照權利要求1所述的方法，其特征在于所用水為去二氧化碳去離子水。4、按照權利要求1所述的方法，其特征在于所述的緩沖溶液的pH值范圍是78。全文摘要一種生物-無機納米雜化材料的制備方法，屬于固定化酶
技術領域：
。制備工藝為以水為溶劑，所用鹽為硝酸鎂和硝酸鋁，以共沉淀堿滴鹽法制備乳酸插層Mg/Al＝2/1的水滑石漿液，在水中分散后，加熱80-120℃至完全透明狀態，得到剝離水滑石膠體溶液；稱取稱取0.05-0.24g酶，加入40ml的緩沖溶液，再加入10ml剝離水滑石膠體溶液，控制酶和水滑石的質量比為1/8～6/1，置于25～30℃的搖床中，保持搖床震蕩速率100～150轉/分鐘震蕩10～30分鐘，得到生物-無機納米雜化材料。優點在于，酶與剝離水滑石層板的組裝速率快，酶在剝離水滑石層板上的組裝量大，組裝得到的生物-無機雜化材料酶活表達率最高。文檔編號C12N11/14GK101096666SQ200710100009公開日2008年1月2日申請日期2007年6月4日優先權日2007年6月4日發明者靜何,楊德寶申請人:北京化工大學